TEQ Sistemas de Instrumentação e Controle de Processos Lista de Exercícios nº 3 RESPOSTAS

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1 Questões TEQ Sistemas de Instrumentação e Controle de Processos Lista de Exercícios nº 3 RESPOSTAS 1- Especifique a ação segura de falha (se é falha-abre ou falha-fecha) apropriada para as válvulas nos seguintes serviços, justificando sua escolha. Para cada caso, faça um esquema da malha de controle que o representa. (a) Um solvente inflamável é aquecido através do vapor em um trocador de calor. A válvula manipula o fluxo de vapor para o trocador, de modo a manter a temperatura do solvente constante. Em caso de falha é mais seguro interromper o aquecimento para que o solvente não pegue fogo. (b) Uma válvula manipula o fluxo de reagente para um recipiente do reator. A reação é exotérmica. Falha-fecha ou Ar para Abrir. Em caso de falha é mais seguro interromper a alimentação de reagente para não descontrole com grande liberação de energia no reator, podendo provocar superaquecimento, sobrepressão e até um acidente. (c) Uma válvula manipula o fluxo de uma substância para um tanque de armazenamento, de modo a manter o nível deste constante. Falha-fecha ou Ar para Abrir. Em caso de falha é mais seguro interromper a alimentação para que não haja transbordos. 1

2 (d) Uma válvula manipula o fluxo de gás natural (combustível) para um forno. Outra válvula manipula o fluxo de ar de combustão para o mesmo forno. AR: Falha-Abre -> Em caso de falha é mais seguro arejar a câmara de combustão. COMBUSTÍVEL -> Em caso de falha é mais seguro interromper a queima para evitar descontroles. 2- Em um sistema de controle de temperatura em um reator, o controlador fornece um sinal que aciona uma válvula de controle, atuando sobre a vazão de vapor que aquece a reação. As figuras abaixo apresentam a relação entre os sinais de entrada (eixo das abscissas) e saída (eixo das ordenadas) de 3 componentes deste sistema de controle. (a) Considerando os tipos de sinais mais comumente empregados nos sistemas de controle, aponte especificamente em que componente desse sistema ocorre a transformação de sinais, verificada em cada figura. Figura I: Ocorre em um conversor de sinal elétrico para pneumático, tipicamente empregado no acionamento de válvulas. Figura II: Ocorre no atuador da válvula, onde a pressão do ar de acionamento é convertida em movimentação da haste de comando. Figura III: Ocorre no obturador da válvula onde sua posição determina a vazão que é capaz de passar através da abertura de válvula. (b) Qual a posição de falha da válvula de controle empregada. Justifique. Da figura II, podemos ver que quanto maior a pressão de ar de acionamento, menor a abertura de válvula e, consequentemente, menor a vazão. Logo, a válvula é ar para fechar ou falha abre. (c) Identifique a curva característica da válvula empregada e justifique se seu emprego neste caso é adequado. Da Figura III, vemos que se trata de uma válvula de curva característica do tipo de igual porcentagem. Como se trata de uma função de controle, seu uso está adequado. Caso fosse uma válvula on-off ou de alívio, o mais adequado seria uma válvula de abertura rápida. 2

3 3- Uma bancada de instrumentação dispõe das seguintes válvulas, conforme indicado na coluna da esquerda (i a vi). Proponha a melhor distribuição dessas válvulas, aplicandoas para os serviços descritos na coluna da direita (a a f): i. Globo a) Controle de vazão de um fluido petroquímico limpo. ii. Gaveta b) Instalação na descarga de uma bomba de processo para impedir o fluxo reverso. iii. Borboleta c) Controle de vazão de um fluido sujo da indústria de celulose. iv. Esfera d) Alívio de sobrepressão em um vaso de gás. v. Retenção e) Controle da vazão de água gelada que alimenta um resfriador. vi. PSV f) Bloqueio ou alinhamento da vazão de água em uma linha de combate a incêndio. 4- Uma válvula de controle para um processo cujo fluxo nominal requerido é de 36191,57gal/h a uma temperatura de 428K, será projetada ao longo de um percurso cuja perda de carga total na linha é de aproximadamente 14,5 psi. Considere o deslocamento do fluido desde uma bomba, com pressão de descarga de 140,7 psi, percorredo um trecho de linha o qual sofre uma elevação 25m até chegar a um tanque, o qual é mantido a pressão constante de 630kPa. (a) Considerando a pressão de vapor do fluido igual a 642,5kPa, faça um desenho representando o sistema descrito anteriormente e proponha um local adequado para a válvula, justificando sua escolha com cálculos baseados na comparação com a pressão de vapor do fluido. DADO: Considere a densidade do fluido igual a 730 kg/m³. A válvula deve ser instalada na descarga da bomba, para que a pressão seja a mais alta possível, evitando os fenômenos de flashing ou cavitação. Seja a pressão a jusante da válvula. Calculando-a do tanque até a válvula, tem-se que: 3

4 Como a pressão de descarga é consideravelmente maior que a pressão de vapor,, então, pode-se considerar que não haverá os fenômenos de flashing ou cavitação. (b) Dimensione uma válvula para uma capacidade acima da requerida de 80%. (c) Determine, com a figura 5-4, o tamanho de válvula (diâmetro da válvula, plg) que atende a esse processo. 5- Dimensione o Cv de uma válvula para uma capacidade acima da requerida de 100%, em um serviço de gás com massa molecular de 44. As condições planejadas do processo exigem m fluxo nominal de scfh, pressão e temperatura de entrada de 100psig e 100 F, respectivamente, e uma pressão de saída de 11 psig. A expressão recomendada para o cálculo é: G é a densidade relativa em relação ao ar T é dado em R Cf pode ser considerado 0,8. Determine, com a figura 5-4, o tamanho de válvula que atende a esse processo. 4

5 FIGURA 5-4 5